Асфальтен

Асфальтены — это молекулярные вещества, которые содержатся в сырой нефти наряду со смолами , ароматическими углеводородами и насыщенными углеводородами (т.е. насыщенными углеводородами, такими как алканы ). ^[1]^[2] Слово «асфальтен» было введено Буссенго в 1837 году, когда он заметил, что остатки перегонки некоторых битумов имеют свойства, подобные асфальту . ^{[ нужна ссылка ]} Асфальтены в виде асфальта или битума нефтеперерабатывающих заводов используются в качестве дорожных покрытий, черепицы для крыш и гидроизоляционных покрытий фундаментов зданий.

Состав

Асфальтены состоят в основном из углерода , водорода , азота , кислорода и серы , а также в следовых количествах ванадия и никеля . Соотношение C:H составляет примерно 1:1,2, в зависимости от источника асфальтенов. Асфальтены функционально определяются как н- гептан ( C
₇ ч.
₁₆ )-нерастворим в толуоле ( C
₆6Ч
₅ СН
₃ ) растворимый компонент углеродистого материала, такого как сырая нефть, битум или уголь . Показано, что асфальтены имеют распределение молекулярных масс в диапазоне от 400 до 1500 ед., но средние и максимальные значения определить трудно из-за агрегации молекул в растворе. ^[3]

Анализ

Молекулярную структуру асфальтенов определить сложно, поскольку в растворе молекулы имеют тенденцию слипаться. ^[4] Эти материалы представляют собой чрезвычайно сложные смеси, содержащие сотни или даже тысячи отдельных химических соединений. Асфальтены не имеют определенной химической формулы: отдельные молекулы могут различаться по числу атомов, содержащихся в структуре, а средняя химическая формула может зависеть от источника. Хотя они были подвергнуты современным аналитическим методам, включая SARA , масс-спектрометрию , электронный парамагнитный резонанс и ядерный магнитный резонанс , точные молекулярные структуры определить трудно. Учитывая это ограничение, асфальтены состоят в основном из полиароматических углеродных кольцевых единиц с кислорода , азота и серы гетероатомами в сочетании со следовыми количествами тяжелых металлов, особенно хелатных ванадия и никеля, а также алифатическими боковыми цепями различной длины. ^[5] Многие асфальтены сырой нефти по всему миру содержат схожие кольцевые звенья, а также полярные и неполярные группы, которые связаны друг с другом, образуя весьма разнообразные большие молекулы. ^[6]^[7]

Асфальтен после нагрева ^[8] подразделяются на нелетучие (гетероциклические формы N и S) и летучие (парафины + олефины, бензолы, нафталины, фенантрены и ряд других). Спейт ^[9] сообщает об упрощенном представлении разделения нефти на следующие шесть основных фракций: летучие насыщенные углеводороды, летучие ароматические соединения, нелетучие насыщенные соединения, нелетучие ароматические соединения, смолы и асфальтены. Он также сообщает о произвольно определенных физических границах нефти, используя число углерода и температуру кипения.

Геохимия

Асфальтены сегодня широко признаны как дисперсные, химически измененные фрагменты керогена , которые мигрировали из нефтематеринской породы в нефть во время катагенеза нефти . Считалось, что асфальтены удерживаются в растворе в масле смолами (аналогичная структура и химический состав, но меньшего размера), но недавние данные показывают, что это неверно. Действительно, недавно было высказано предположение, что асфальтены наноколлоидно суспендируются в сырой нефти и растворах толуола достаточных концентраций. В любом случае для жидкостей с низким поверхностным натяжением, таких как алканы и толуол, поверхностно-активные вещества не являются необходимыми для поддержания наноколлоидных суспензий асфальтенов.

Соотношение никеля и ванадия в асфальтенах отражает условия pH и Eh палеоосадочной среды нефтематеринской породы (Lewan, 1980; 1984). ^{[ нужна полная цитата ]}, и поэтому это соотношение используется в нефтяной промышленности для корреляции нефти и нефти и для идентификации потенциальных нефтематеринских пород при разведке нефти.

возникновение

Тяжелая нефть, нефтеносные пески , битум и биоразлагаемая нефть (поскольку бактерии не могут усваивать асфальтены, но легко потребляют насыщенные углеводороды и некоторые изомеры ароматических углеводородов – под контролем ферментов) содержат гораздо более высокие доли асфальтенов, чем нефти со средним API или легкие нефти . Конденсаты практически лишены асфальтенов.

Измерение

Потому что соотношение спинов электронов на грамм постоянно для определенного вида асфальтенов. ^[10] тогда количество асфальтенов в нефти можно определить путем измерения ее парамагнитной сигнатуры (ЭПР). Измерение ЭПР-характеристики нефти на устье скважины по мере ее добычи дает прямое указание на то, меняется ли количество асфальтенов (например, из-за осадков или отслоений в трубах ниже). ^[11]

Кроме того, агрегацию, осаждение или отложение асфальтенов иногда можно предсказать с помощью моделирования. ^[12]^[13] или машинное обучение ^[14] методами и могут быть измерены в лаборатории с использованием методов визуализации или фильтрации.

Производственные проблемы

Асфальтены придают сырой нефти высокую вязкость, что отрицательно влияет на добычу. Кроме того, переменная концентрация асфальтенов в сырой нефти в пределах отдельных пластов создает множество проблем добычи. ^{[ нужен пример ]}

Загрязнение теплообменника

Известно, что асфальтены являются одной из основных причин загрязнения теплообменников линии предварительного подогрева при перегонке сырой нефти. Они присутствуют в мицеллах сырой нефти, которые могут разрушаться в результате реакции с парафинами при высокой температуре. После удаления защитной мицеллы полярные асфальтены агломерируются и переносятся к стенкам трубы, где они могут прилипать и образовывать слой загрязнения.

Удаление асфальтенов

Химические обработки для удаления асфальтенов включают:

Растворители
Диспергаторы/растворители
Масло/диспергаторы/растворители

Подход диспергатор/растворитель используется для удаления асфальтенов из пластовых минералов. Может потребоваться непрерывная обработка для предотвращения отложения асфальтенов в НКТ. Периодическая обработка обычно применяется для оборудования для обезвоживания и днища резервуаров. Существуют также ингибиторы осаждения асфальтенов, которые можно использовать путем непрерывной обработки или обработки сжатием. ^[15]

См. также

Толин

Ссылки

^ Маллинз, OC и др. (ред.) (2007) Асфальтены, тяжелая нефть и нефтеномика , Спрингер, Нью-Йорк.
^ Асфальтен . uic.edu
^ Подгорски, округ Колумбия (2013). «Состав тяжелой нефти. 5. Выявлен композиционный и структурный континуум нефти». Энергетика и топливо . 27 (3): 1268–1276. дои : 10.1021/ef301737f .
^ Маккенна, AM (2013). «Состав тяжелой нефти. 3. Агрегация асфальтенов». Энергетика и топливо . 27 (3): 1246–1256. дои : 10.1021/ef3018578 .
^ Асоманинг, С. (1997). Загрязнение теплообменника нефтяными асфальтенами. доктор философии Диссертация, Университет Британской Колумбии
^ Г. А. Мансури, (2009). Межд. Дж. Технология нефти, газа и угля 2 141.
^ Руэда-Веласкес, Род-Айленд (2013). «Характеристика асфальтеновых строительных блоков путем крекинга в благоприятных условиях гидрирования». Энергетика и топливо . 27 (4): 1817–1829. дои : 10.1021/ef301521q .
^ Дж. Х. Пачеко-Санчес и Г. А. Мансури, (2013) Revista Mexicana de Physics 59 , 584-593.
^ Дж. Г. Спейт, (1994). в книге «Асфальтены и асфальты», 1, «Развития в нефтяной науке», 40 под редакцией Йена Т.Ф. и Г.В. Чилингаряна (Elsevier Science, Нью-Йорк). Глава: Химико-физические исследования нефтяных асфальтенов
^ Йен, ТГ; Эрдман, Дж.Г.; Сарасено, AJ (1962). «Исследование природы свободных радикалов в нефтяных асфальтенах и родственных им веществах методом электронного спинового резонанса». Аналитическая химия . 34 (6): 694–700. дои : 10.1021/ac60186a034 .
^ Абдалла, Д.; Пуннапалла, С.; Кульбрандстад, О.; Годой, М.; Мадем, С.; Бабахани, А.; Ловелл, Дж. (2018). Исследования асфальтенов на береговых месторождениях Абу-Даби, Часть IV: Разработка поверхностного датчика . АТСЕ SPE. Том. SPE-191676. Даллас. дои : 10.2118/191676-MS .
^ Ян, З.; Ма, К.-Ф.; Лин, Х.-С.; Ян, Ж.-Т.; Го, Т. -М. (1999). «Экспериментальные и модельные исследования по осаждению асфальтенов в дегазированных и газонагнетанных пластовых нефтях». Жидкостно-фазовые равновесия . 157 : 143–158. дои : 10.1016/S0378-3812(99)00004-7 .
^ Лей, Х.; Пингпинг, С.; Ин, Дж.; Джиген, Ю.; Ши, Л.; Айфан, Б. (2010). «Прогнозирование осаждения асфальтенов при закачке CO ₂ » . Разведка и разработка нефти . 37 (3): 349. Бибкод : 2010PEDO...37..349L . дои : 10.1016/S1876-3804(10)60038-9 .
^ Расули Ноканде, Н.; Хишванд, М.; Насери, А. (2012). «Подход с использованием искусственных нейронных сетей для прогнозирования результатов испытаний на отложение асфальтенов». Жидкостно-фазовые равновесия . 329 : 32–41. doi : 10.1016/j.fluid.2012.06.001 .
^ Понимание проблем парафина и асфальтенов в нефтяных и газовых скважинах . Архивировано 3 августа 2008 г., в Wayback Machine , Совет по передаче нефтяных технологий, регион Южного Среднего континента, 16 июля 2003 г. Семинар в Смаковере, Арканзас, в Музее природных ресурсов Арканзаса.

Внешние ссылки

Подробная статья об асфальтенах из OilfieldWiki.com, энциклопедии нефтяных месторождений.
Статья Ирвина А. Вие об асфальтеновом загрязнении.
Агрегация асфальтенов из сырой нефти и модельных систем, изученная методом БИК-спектроскопии высокого давления (Источник: Американское химическое общество )
Подробный веб-сайт об асфальтенах и их роли в нефтяных загрязнениях , созданный профессором Г.А. Мансури из Univ. Иллинойса в Чикаго

[1] Маллинз, OC и др. (ред.) (2007) Асфальтены, тяжелая нефть и нефтеномика , Спрингер, Нью-Йорк.

[2] Асфальтен . uic.edu

[3] Подгорски, округ Колумбия (2013). «Состав тяжелой нефти. 5. Выявлен композиционный и структурный континуум нефти». Энергетика и топливо . 27 (3): 1268–1276. дои : 10.1021/ef301737f .

[4] Маккенна, AM (2013). «Состав тяжелой нефти. 3. Агрегация асфальтенов». Энергетика и топливо . 27 (3): 1246–1256. дои : 10.1021/ef3018578 .

[5] Асоманинг, С. (1997). Загрязнение теплообменника нефтяными асфальтенами. доктор философии Диссертация, Университет Британской Колумбии

[6] Г. А. Мансури, (2009). Межд. Дж. Технология нефти, газа и угля 2 141.

[7] Руэда-Веласкес, Род-Айленд (2013). «Характеристика асфальтеновых строительных блоков путем крекинга в благоприятных условиях гидрирования». Энергетика и топливо . 27 (4): 1817–1829. дои : 10.1021/ef301521q .

[8] Дж. Х. Пачеко-Санчес и Г. А. Мансури, (2013) Revista Mexicana de Physics 59 , 584-593.

[9] Дж. Г. Спейт, (1994). в книге «Асфальтены и асфальты», 1, «Развития в нефтяной науке», 40 под редакцией Йена Т.Ф. и Г.В. Чилингаряна (Elsevier Science, Нью-Йорк). Глава: Химико-физические исследования нефтяных асфальтенов

[10] Йен, ТГ; Эрдман, Дж.Г.; Сарасено, AJ (1962). «Исследование природы свободных радикалов в нефтяных асфальтенах и родственных им веществах методом электронного спинового резонанса». Аналитическая химия . 34 (6): 694–700. дои : 10.1021/ac60186a034 .

[11] Абдалла, Д.; Пуннапалла, С.; Кульбрандстад, О.; Годой, М.; Мадем, С.; Бабахани, А.; Ловелл, Дж. (2018). Исследования асфальтенов на береговых месторождениях Абу-Даби, Часть IV: Разработка поверхностного датчика . АТСЕ SPE. Том. SPE-191676. Даллас. дои : 10.2118/191676-MS .

[12] Ян, З.; Ма, К.-Ф.; Лин, Х.-С.; Ян, Ж.-Т.; Го, Т. -М. (1999). «Экспериментальные и модельные исследования по осаждению асфальтенов в дегазированных и газонагнетанных пластовых нефтях». Жидкостно-фазовые равновесия . 157 : 143–158. дои : 10.1016/S0378-3812(99)00004-7 .

[13] Лей, Х.; Пингпинг, С.; Ин, Дж.; Джиген, Ю.; Ши, Л.; Айфан, Б. (2010). «Прогнозирование осаждения асфальтенов при закачке CO ₂ » . Разведка и разработка нефти . 37 (3): 349. Бибкод : 2010PEDO...37..349L . дои : 10.1016/S1876-3804(10)60038-9 .

[14] Расули Ноканде, Н.; Хишванд, М.; Насери, А. (2012). «Подход с использованием искусственных нейронных сетей для прогнозирования результатов испытаний на отложение асфальтенов». Жидкостно-фазовые равновесия . 329 : 32–41. doi : 10.1016/j.fluid.2012.06.001 .

[15] Понимание проблем парафина и асфальтенов в нефтяных и газовых скважинах . Архивировано 3 августа 2008 г., в Wayback Machine , Совет по передаче нефтяных технологий, регион Южного Среднего континента, 16 июля 2003 г. Семинар в Смаковере, Арканзас, в Музее природных ресурсов Арканзаса.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]